Sel Elektrolisis

Sel elektrolisis adalah suatu sistem di mana reaksi redoks terjadi karena pemberian arus listrik eksternal. Proses ini umumnya digunakan untuk mendapatkan unsur-unsur murni dari senyawa kimia, atau untuk mengubah senyawa kimia menjadi bentuk lain dengan menggunakan arus listrik. Salah satu contoh yang umum dari elektrolisis adalah pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen.

Selama proses elektrolisis, arus listrik dari sumber eksternal memaksa reaksi kimia untuk terjadi. Proses ini memiliki banyak aplikasi praktis, termasuk dalam industri untuk produksi logam, pemurnian logam, dan pembuatan senyawa kimia tertentu. Elektrolisis juga digunakan dalam teknologi baterai untuk pengisian ulang baterai isi ulang dan dalam proses elektroplating.

Dalam sel elektrolisis terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Senyawa yang dielektrolisis berupa senyawa yang bersifat elektrolit. Sel elektrolisis banyak digunakan dalam pelapisan logam.

Reaksi elektrolisis dalam prosesnya membutuhkan elektrode. Selain katode dan anode, elektrode yang digunakan dapat berupa elektrode aktif maupun elektrode inert (tidak aktif). Elektrode aktif dalam proses elektrolisis ikut bereaksi, sedangkan elektrode inert tidak ikut bereaksi.

Elektrolit yang terjadi dalam larutan dengan pelarut air lebih rumit. Berikut proses elektrolisis beberapa larutan dan leburan.

a. Larutan KBr

Dalam elektrolisis larutan KBr, reaksi yang terjadi di anode dan katode sebagai berikut.

Reaksi di anode (oksidasi)

1) 2Br^-(aq) → Br₂(aq) + 2e

2) 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e

Reaksi di katode (reduksi)

1) K⁺ (aq) + e → K(s)

2) 2H₂O(l) + 2e → H₂(g) +2OH^-(aq)

Berdasarkan percobaan, pada katode terbentuk gelembung-gelembung H₂. Sementara itu, di sekeliling anode terbentuk larutan Br₂ yang berwarna merah. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada kedua elektrode dan keseluruhan sel sebagai berikut.

Anode          : 2Br^- (aq) → Br₂(g) + 2e

Katode         : 2H₂O(l) + 2e → H₂(g) + 2OH^-(aq)

Reaksi sel    : 2Br^-(aq) + 2H₂O(l) → Br₂(aq) + H₂(g) + 20H^-(aq)

Kesimpulan yang dapat diambil dari reaksi sel tersebut yaitu H₂O cenderung lebih mudah direduksi daripada K⁺, sedangkan Br^- cenderung lebih mudah dioksidasi daripada H₂O.

b. Larutan ZnSO₄

Kemungkinan reaksi yang terjadi di anode dan katode sebagai berikut.

Reaksi di anode (oksidasi)

1) 2SO₄^2-(aq) → S₂O₈^2-(aq) + 2e

2) 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e

Reaksi di katode (reduksi)

1) Zn²⁺(aq) + 2e → Zn(s)

2) 2H₂O(l) + 2e → H₂(g) + 2OH^-(aq)

Berdasarkan percobaan, di anode terbentuk gelembung gas oksigen, sedangkan di katode terdapat endapan logam yang melapisi katode. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada kedua elektrode dan keseluruhan sel sebagai berikut.

Anode          : 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e

Katode         : 2Zn²⁺(aq) + 4e → 2Zn(s)

Reaksi sel    : 2H₂O(l) + 2Cu²⁺ (aq) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 2Cu(s)

Kesimpulan yang dapat diambil dari reaksi tersebut yaitu Zn²⁺ lebih mudah direduksi daripada air, sedangkan air lebih mudah dioksidasi daripada SO₄^2-.

c. Larutan ZnBr₂

Dalam elektrolisis larutan ZnBr, reaksi yang terjadi di anode, katode, dan keseluruhannya sebagai berikut.

Anode          : 2Br^-(aq) → Br₂(g) + 2e

Katode         : Zn²⁺(aq) + 2e(aq) →  Zn(s)

Reaksi sel    : Zn²⁺(aq) + 2Br^-(aq) → Zn(s) + Br₂(aq)

Berdasarkan percobaan, Zn²⁺ cenderung lebih mudah direduksi daripada H₂O, sedangkan Br^- cenderung lebih mudah dioksidasi daripada air.

d. Larutan K₂SO₄

Berdasarkan percobaan, di anode air cenderung lebih mudah dioksidasi daripada SO₄^2- , sedangkan di katode air cenderung lebih mudah direduksi daripada K⁺. Dengan demikian, reaksi yang terjadi di anode, di katode, dan reaksi keseluruhan sebagai berikut.

Anode          : 2H₂O(l)→ O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e

Katode         : 4H₂O(l)+ 4e → 2H₂(g) + 4OH^-(aq)

Reaksi sel    : 6H₂O(l) → O₂(g) + 2H₂(g) + 4OH^-(aq) + 4H⁺(aq)

Pada proses elektrolisis tersebut, K₂SO₄ diperlukan untuk mempertahankan netralisasi listrik.

e. Leburan/cairan/lelehan

Pada elektrolisis leburan hanya kation, anion, dana elektrode yang terlibat dalam reaksi karena senyawa ionik tidak mengandung air (H₂O).

 

1. Elektrolisis cairan KCl dengan elektrode Pt

    Elektrolisis cairan, berarti dalam senyawa tidak ada air maka spesi yang tereduksi di katode adalah K⁺.

    Katode     : K+(aq) + e ® K(s)

    Anode      : 2Cl-(aq) ® Cl₂(g) + 2e

    Reaksi sel : 2KCl(aq) ® 2K(s) + Cl₂(g)

2. Elektrolisis NaBr dengan elektrode C

    Katode     : Na⁺(aq) + e ® Na(s)

    Anode      : 2Br^-(aq) ®  Br₂(g) + 2e

    Reaksi sel : 2NaBr(aq) ® 2Na(s) + Br₂(g)

 

3. Natrium dan klorin diperoleh pada proses industri melalui proses leburan NaCl. Reaksi yang terjadi pada leburan NaCl sebagai berikut.

Anode       : 2Cl^-(l) → Cl(g) + 2e

Katode     : 2Na⁺(l) + 2e ⇄ 2Na(l)

Reaksi sel : 2Na⁺(l) + 2C1^-(l) → Cl₂(g) +2Na(l)